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傳統船舶行業如何玩轉大數據?

    船舶行業又是個傳統產業,與互聯網和大數據技術的結合相對滯后,但船舶行業又是一個全球性且規模龐大的行業,聯系著設計、制造和運輸業等,與許多行業的大數據有著根深蒂固的關系,這其中就包括航運大數據。
    對大數據進行分析,挖掘大數據所蘊涵的價值,目前已成為許多行業的熱點,并在行業評價、預測及企業運營方面發揮著重要作用。上海船舶運輸科學研究所副總工程師、航運技術與安全國家重點實驗室負責人陳昌運認為,船舶行業又是個傳統產業,與互聯網和大數據技術的結合相對滯后,但船舶行業又是一個全球性且規模龐大的行業,聯系著設計、制造和運輸業等,與許多行業的大數據有著根深蒂固的關系,這其中就包括航運大數據。日前,他向上海造船業同仁介紹了航運大數據技術的有關研究情況,以及如何讓航運大數據為造船業所用。
    航運大數據收集與傳輸已有技術支撐
    陳昌運介紹說,航運大數據包括船舶營運管理、船舶航行環境、船舶航行性能及營運能耗等數據內容,通??梢酝ㄟ^航運信息管理和船舶營運監測兩種方式獲取。
    最常見的實船數據是船舶試航時測試到的數據,主要包括航速、航向、風速、風向、主機轉速和扭矩等。但這類數據是在特定環境下獲取的,采集的時間特定,數據量有限。因此,要獲得最全面的數據,必須對營運船舶進行長期監測。
    以往,營運船舶的航行數據主要是采用定時報送方式獲取,通常每4小時或6小時由船上報送岸上,人工統計抄報的情況較為普遍。目前,隨著船舶設備逐步智能化,衛星定位技術和通信技術日漸成熟,營運船舶很多物理數據的測量已成為可能,航運業船岸信息一體化也成為現實。陳昌運提出,要想實現航運數據傳輸量大且成本不太高,目前條件下可以采用兩種簡單實用的方法。一是進行數據岸端有線傳輸,即當船舶靠岸或靠泊碼頭時,將數據采用有線加密方式發送到指定的岸上網絡信息平臺,該岸上網絡信息平臺的所有者可以是該船舶所屬公司,也可以是合作的科研機構。二是通過移動存儲介質,在船舶每個航次返回特定港口時,由指定船員交到岸上指定機構。
    鑒于海上風浪和船上各種設備運行環境的復雜性,監測得到的數據難免會有不完整或失真的情況。陳昌運表示,對于船舶監測數據要進行修正??梢愿鶕O測數據的特性查找出失真數據,也可以根據數據的量級以及數據變化趨勢進行判斷,還可以根據其他相關信號量的值進行判斷,例如,可以根據船舶運動來判斷浪高監測數據是否失真等。一旦判斷出失真數據,就要采用一定的數值方法對失真數據進行修補,通過后續監測的數據進行再驗證,通過多次迭代與分析,逐步逼近正確的結果。
    航運大數據對造船業意義巨大
    通過對營運船舶數據進行收集、統計分析以及價值挖掘,可以獲得很多有價值的信息,如船舶的功率與航速、船舶能耗數據、風浪對船舶航速的影響、各種節能措施的效果、污底對功率的影響、航線航區的海況資料和各類設備運行狀態等,不僅對航運業作用巨大,對于造船業也具有重要的價值。陳昌運為此著重介紹了六個應用領域。
    一是分析得出船舶能效營運指數(EEOI)。對于船舶營運中監測到的大量功率與航速數據,通過數據清洗后,可以分類提取出類似于交船試航測試的相應數據。對于這些數據,可通過數據的關聯性分析,從一種數據或幾種數據中推算出缺失的數據,驗證與校正失真的數據。然后,應用有關實船測試分析與換算方法,分析營運船舶的功率與航速指標,換算得到相應的EEOI,不僅可為航運能效管理服務,也可為未來的國際海事MRV制度實施提供支持。
    二是分析出波浪對船舶航速的影響。波浪對船舶航速的影響,可歸結為波浪對船舶功率(阻力)的影響。一旦獲得比較準確的波浪中船舶消耗功率的數據,就能夠將其用于不同船型氣象因子的驗證與評價,為船舶能效設計指數(EEDI)的驗證提供支持。從長期監測的角度看,營運中的船舶會遭遇各種等級的波浪,通過與不同等級波浪分類統計的數據比較,可以分析出波浪對船舶航速以及失速的影響,而且得到的結論也將越來越接近實際情況。
    三是評價節能技術產生的效果。近年來,船舶附體節能裝置的應用比較廣泛,但實船節能效果往往無法通過交船試航得到驗證,當前仍主要借助于船模試驗進行預報,如何評價節能裝置的實船節能效果已成為造船行業節能技術開發應用的一道難題。而借助船舶營運大數據,通過分類提取節能裝置安裝前和安裝后的相關數據進行統計分析,同時,借助數據挖掘得到相關數據之間的影響關系與修正方法,消除諸如波浪、吃水、浮態、水深、水流等因素的影響后,就能夠確切得出所用節能裝置的實際節能效果。
    四是分析污底對船舶功率的影響。船舶污底是船舶運營中的常見問題。隨著航行時間的推移,船舶水下船體和螺旋槳葉表面形成的污底會越來越多,越來越厚,使得船舶的阻力增加,導致油耗增加。污底導致的船舶營運功率的提高,通常很難測量與評估,給船舶的能效管理與成本管理帶來了難度和不確定性。而應用大數據技術,可進一步分析出船舶污底與船舶營運時間及航線間的關系,再結合塢修時清污成本的測算,分析得出最低成本的塢修清污時間節點。這對于船舶營運能效管理以及營運成本管理具有重要的現實意義。
    五是海況資料應用于船型開發等研究。船舶航運大數據還包含了對海況環境的長期監測數據,如風、浪、流、水深、水溫等的情況。這些海況資料,可應用于船型開發設計研究、海事法規與管理研究、航線優化和航速優化研究等,將是造船、航運及海事管理的寶貴資料。
    六是判斷評估設備運行狀態。通過不間斷對船舶主要設備運行數據的分析,可判斷設備的運行狀態,再結合設備的運行特性,預警設備故障,從而確定必要的維護措施,為設備日常維護、安全管理以及成本管理提供有力的支持。
    另據陳昌運介紹,歐洲已經發布了"MUNIN"項目,旨在發展新一代控制系統與通信技術,顯示在港和離港船舶的狀態。日本船舶技術研究協會正開展船舶"大數據路標"研究工作,大量搜集船舶的航行及其相關數據形成大數據,應用于船舶的節能航行、船型開發、裝備遠程維護等項目。在這種情況下,我國船舶行業也應加快大數據技術的應用研究。陳昌運希望上海航運、造船兩大行業能夠率先開展合作,盡早啟動相關大數據科研項目,為船舶節能減排、航運安全提供更加有力的科技支持。

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